钠离子电池能否商业化很大程度上取决于电极材料的储钠性能。对于正极一侧,聚阴离子化合物、层状金属氧化物和普鲁士蓝类似物等能提供较高的比容量和稳定的电化学性能,已经被成功地用作钠离子电池的正极。然而,由于钠离子的离子半径较大,商用锂离子负极材料中使用的石墨电极很难有效容纳钠离子,因此迫切需要开发出倍率性能优异、比容量大、循环寿命长的负极材料。过渡金属硫化物由于其种类丰富、理论容量大、成本低、环境友好等优点,已被证明是很有前景的钠离子电池负极材料。然而,过渡金属硫化物的电子导电性较差,同时在循环过程中会发生巨大的体积变化,这些导致其储钠性能不够理想。针对这些问题,本论文采用将过渡金属硫化物与导电基质结合的方法,在加速电子传https://www.selleck.cn/products/canagliflozin.html输的同时缓解活性物质在循环过程中的体积膨胀;并且还通过设计不同过渡金属硫化物的异质界面来制造大量的晶格缺陷,以获得丰富的活性位点。在论文中我们结合材料的微观结构分析、非原位技术表征以及电化学性能测试,揭示了所制备材料的储钠机制和构效关系,为过渡金属硫化物电极商业化的应用提供了理论支撑。本论文主要研究内容包括:1、NiS/FeS碳纳米纤维的设计及储钠性研究:首先,我们采用静电纺丝技术,并通过后续的碳化、硫化,制备得到了 NiS/FeS碳纳米纤维异质结构(NiS/FeS/CNFs)。一方面,碳纳米纤维解决了过渡金属硫化物的低电子导电性问题;另一方面,NiS/FeS相界面具有丰富的晶格缺陷和活性位点,这些使NiS/FeS/CNFs复合材料的电化学性能得到了很大的提升。基于此,所制备的NiS/FeS/CNFs复合材料在1.0 Ag-1的电流密度下稳定循环200圈后仍可剩余359.5 mAh g-1的比容量,在5 A g-1的高电流密度下能提供298.4 mAh g-1的比容量。此外,我们通过循环伏安、交流阻抗、间歇电流滴定等测试手段分析探究了其扩散动力学,测试结果表明其具有良好的电容行为和快速的离子扩散。2、NiS/FeS/NC空心纳米立方体的的设计及储钠性能研究:第一章合成的NiS/FeS碳纳米纤维复合材料表现出高的电子导电性,但由于金属离子在高温烧结过程中容易溢出在碳纳米纤维表面,同时制备的碳纤维没有足够的内部空间来缓解体积膨胀,从而导致材料的电化学性能较差。而金属离子与不同氰化物合成的普鲁士蓝类似物(PBAs)具有尺寸可控、形貌均匀、组成多样等优点。Anaerobic biodegradation因此在本章中,我们以Ni-Fe PBA纳米立方体为前驱体,在其表面包覆一层多巴胺,并通过后续的碳化、硫化制备得到了 NiS/FeS/NC空心纳米立方体。Ni-Fe PBA分解产生了大量的内部空间,可以有效缓解活性物质在循环过程中的体积膨胀;同时外层的多巴胺分解可以转换为一层氮掺杂碳包覆在材料表面,在提供高导电性的同时,也充当了一层很好的保护外壳。本章所制备的NiS/FeS/NC复合材料的电化学性能相比于前一章得到了明显改善,在0.1 A g-1的电流密度下稳定循环180圈,容量几乎没有衰减;同时在5 A g-1的高电流密度下仍能维持322.2 mAh g-1的高比容量。此外,本章通过非原位SEM测试揭示了NiS/FeS/NC电极电化学活性改善的原因,并通过非原位XRD测试对其储钠机理进行了初步探讨。3、碳纳米管包覆的Fe7S8/FeS2复合材料的设计及储钠性能研究:由于不同金属硫化物之间的界面相溶性较差,导致双金属硫化物异质结构的倍率性能不太理想。根据研究表明相同金属化合物之间的界面相溶性更好,具有更加优异的倍率性能。基于此,我们选择成本较低、理论容量较高的硫化铁做为研究对象,通过控制硫化条件,得到了碳纳米管包覆的Fe7S8/FeS2复合材料(Fe7S8/FeS2/NCNT)。一方面,由于Fe7S8/FeS2被封装在碳纳米管内,使得转化反应发生在碳纳米管内部,这有效缓解了复合材料的体积膨胀。另一方面,得益于Fe7S8与FeS2之间更优的界面相溶性,保证了电子的快速传递。本章所得的复合材料的电化学性能相比于前两章得到了明显改善,在5 A g-1电流密度下能维持359.7mAhg-1的比容量,同时在20Ag-1的高电流密度下仍能维持273.4 mAh g-1的比容量。同时我们通过球磨、高温烧结制备了碳掺杂的磷酸钒钠正极材料,并于Fe7S8/FeS2/NCNT复合材料组装成全电池,探究了其在实际应用中的可行性。实验结果显示,组装的全电池在1 A g-STM2457体内实验剂量1的电流密度下能稳定循环500圈,表明了Fe7S8/FeS2/NCNT复合材料具有极大的应用前景。